机械振动测试与分析

机械工程测试技术基础，机械与电子工程学院，主要内容，7.1 7.2振动基础知识概述，7.3振动测量传感器，7.4振动测量系统及其校准，7.5振动测试设备和振动信号介绍，7.6机械结构固有频率和阻尼率估算概述，7.7汽车平顺性测试框图，7.1概述，1。机械振动是工程技术和日常生活中常见的现象。在大多数情况下，机械振动是有害的。振动经常损害机器的正常工作。振动的动载荷加速了机械的故障，降低了机械设备的使用寿命，甚至导致损坏和事故。振动也可用于一方面，如运输、压实、夯实、清洁、脱水、老化等。第二，机械运行期间产生的振动和噪声通常具有相同的频率成分。尽管它们各自频率分量之间的传输模式和强度比不同，但它们的频谱都在一定程度上反映了机器的运行状况，并可用作监测运行状况和评估运行质量的测试参数。振动研究中涉及的问题，机械振动测试系统的总体框图，7.2振动的基本知识，机械振动的测量方法分为：相对测量方法：测量参考点是系统中运动点的固定点或绝对测量方法；测量参考点是系统外的一个点，相对于地球是静止的。电气测量法机械测量法光学测量法，根据测量过程中选择的不同参考点，可分为：根据振动的原因，自由振动、强迫振动、自激振动，振动频率与固有频率的关系为，其中，n为系统的固有频率，为阻尼率，系统的振动频率为激励频率，振动频率接近系统的固有频率。7.2.1振动的分类，根据系统的输出，简谐振动，周期振动，瞬态振动，随机振动，根据系统的自由度，单自由度系统振动，多自由度系统振动，连续弹性体振动，根据系统结构参数的特点，线性振动，非线性振动，作用在单自由度系统质量上的力，质量m在外力作用下的运动方程是，其中，c是粘性阻尼系数，k是弹簧刚度。(t)是系统的激振力，即系统的输入，z(t)是系统的输出。拉普拉斯变换，ms2z(s) csz(s) kz(s)=f(s)，传递函数为，7.2.2单自由度系统的受迫振动，因此，S=J，然后，力作用于单自由度系统的质量、系统的固有频率、系统的阻尼率、振幅-频率曲线、相位-频率曲线、振幅-频率曲线上最大振幅处的频率称为位移共振频率，并作为阻尼无阻尼时，位移谐振频率r为固有频率 n，当系统阻尼很小时，位移谐振频率r接近系统固有频率n，可作为估计值。当/r=1时，无论系统的阻尼率如何，幅频曲线总是滞后于激振力90。这种现象被称为相位共振。相频曲线，利用相频特性精确确定固有频率，幅频曲线，基础运动引起的强迫振动，单自由度系统的基础振动，单自由度系统受力于质量块，基础振动，如果基础的绝对位移为Z1，质量m的绝对位移为Z0，系统的振动可用以下方程表示：拉普拉斯变换，s=J，系统的幅频特性和相频特性，幅频特性通过坐标转换在特定条件下，多自由度系统按照一定的固有频率进行简谐振动。这种振动称为主振动模式、二自由度系统的振动模式、7.2.3多自由度系统的振动、机械阻抗：线性动态系统在频域中各种激励条件下的激励和响应比、K(s)=F(s)/Y(s)、传递函数、频率响应函数、H(s)=Y(s)/F(s)、H()=Y()/F()、机械系统框图也称为机械导纳，7.2.4机械阻抗的概念，将激振力设置为(t)=f0ej t，位移阻抗，速度阻抗，加速度阻抗，位移导纳，速度导纳，加速度导纳，也称为“振动传感器”，根据振动测量的机械原理，惯性(绝对)振动传感器和相对振动传感器可根据测量过程中振动传感器是否与被测物体接触分为相对型和绝对型。 非接触式振动传感器和接触式相对振动传感器也称为随动式振动传感器和7.3振动测量传感器。使用时，壳体固定在被测物体上，振动由弹簧质量系统感知。也称惯性拾振器，其外壳和测量杆在使用时分别与不同的测量部件连接，惯性拾振器的机械模型，惯性拾振器中的惯性系统可以看到地基运动引起的质量受迫振动。1、振动拾音器的工作原理、振幅频率曲线、相位频率曲线，从振幅频率图来看，只有当/n1，即n，a()1时，满足测试振幅失真条件；当系统的阻尼比接近0.7时，A()更接近直线。从相频图来看，当n时，没有相频曲线是斜率近似为负的直线，因此不能满足动态测试相位不失真的条件。当(78)n时，相位差接近-180，满足测试相位不失真的条件。为了降低惯性拾振器的固有频率，使系统的阻尼比在0.5 0.7之间，可以保证工作频率的下限为=1.7n，振幅误差不大于5%。当使用(78)n进行相位测试时，需要移相器来获得相位信息。在设计和使用惯性拾振器时，几种常用的传感器，即涡流位移传感器2、3、4、伺服加速度计5、压阻式加速度计6、阻抗头7、磁电式速度传感器，利用电磁感应原理将质量与壳体的相对速度转换成电压信号输出。压电加速度计、压电加速度传感器属于惯性传感器。它利用压电晶体的压电效应，主要由压电元件、质量块和附加部件组成，包括压缩弹簧和底座。如果振动频率远低于加速度计的固有频率，压电元件将产生与测量加速度成比例的电荷。对于由压电材料制成的加速度计，质量越大，灵敏度越高，但是传感器的固有频率将降低。传感器的固有频率越高，其可测量的频率范围就越宽。目前，最低可测频率达到0.1赫兹。合理选择振动测量传感器，(1)选择直接测量参数，(2)综合考虑传感器的频率范围、测量范围和灵敏度，(3)考虑具体的环境要求、价格、使用寿命、可靠性等因素。7.4振动测试系统及其校准、车辆平顺性测试系统框图、车辆平顺性测试过程框图、40公里/小时匀速直线行驶时驾驶员座椅各方向的加速度曲线、矩形窗、汉宁窗和汉明窗的归一化频谱特性、驾驶员座椅横向加速度的自功率谱密度函数、驾驶员座椅垂直加速度的自功率谱密度函数、驾驶员座椅纵向加速度的自功率谱密度函数、加权加速度首先，绝对法将校准后的振动传感器固定在校准工作台上，用激光干涉测振仪直接测量振动台的振幅，并与校准后的振动传感器的输出进行比较，确定校准后的振动传感器的灵敏度。绝对校准法具有较高的准确度，但由于设备和技术的复杂性，它适用于测量部门。其次，相对法也被称为背靠背比较校准法。待校准的传感器和国家计量部门严格校准的传感器背靠背安装在振动台上，承受相同的振动。通过比较两个传感器的输出，可以计算出待校准频率点的灵敏度。然而，在实践中，绝对振动值通常通过信号叠加获得。设备和技术要求相对较低，特别适合一般部门。7.5激励测试设备和激励振动信号介绍，1)激励部分实现对被测系统的激励(输入)，使系统振动。它主要由激励信号源、功率放大器和激励装置组成。2)振动拾取部分检测并放大被测系统的输入和输出信号，并将信号转换成某种形式(通常是电信号)。它主要由传感器和可调放大器组成。3)分析和记录部分记录来自振动拾取部分的信号，用于以后的分析或直接近线分析，并记录处理结果。它主要由各种记录设备和光谱分析设备组成。稳定正弦激励，施加单一频率的稳定正弦激励力，(t)=f0sin T.随机激励，优点：设备通用，可靠性高，缺点：测量时间长，一般进行扫频激励，通过扫频激励获得系统的一般特性，并在接近固有频率的重要频段进行稳定的正弦激励，获得严格的动态特性，采用白